Question

12．小楠同學(xué)想測出一個實心塑料球的密度，但是他發(fā)現(xiàn)塑料球放在水中會漂浮在水面上，無法測出它的體積，于是小楠設(shè)計了以下實驗步驟，如圖所示

A．用天平測量塑料球的質(zhì)量，天平平衡時右盤中的砝碼和標(biāo)尺上的游碼位置如圖A所示，記錄塑料球質(zhì)量為m；
B．用細(xì)線在塑料球下吊一個小鐵塊放入水中，靜止時如圖B所示，記錄此時量筒的示數(shù)為V₁；
C．把適量的水倒進(jìn)量筒中如圖C所示，記錄此時量筒的示數(shù)為V₂；
D．把小鐵塊單獨放入水中靜止時如圖D所示，記錄此時量筒示數(shù)為V₃；
E．利用密度公式計算出結(jié)果．
根據(jù)上述實驗過程，回答下列問題：
（l）請你按正確的操作過程幫他重新排列實驗步驟序號ACDBE（只填字母序號）；
（2）將托盤天平放在水平桌面上，將標(biāo)尺上的游碼移到零刻線處，發(fā)現(xiàn)指針偏向分度盤的右側(cè)，如圖E所示，此時應(yīng)將平衡螺母向左端調(diào)節(jié)（選填“左”或“右”），直到指針指向分度盤的中央；
（3）在測量塑料球的質(zhì)量時，向右盤中添加砝碼，當(dāng)加上最小砝碼后，發(fā)現(xiàn)指針仍指向分度盤右側(cè)的位置，如圖所示，則接下去的操作應(yīng)是取出最小砝碼，然后向右移動游碼，直至天平橫梁平衡．
（4）實驗中使用天平測出塑料球的質(zhì)量m=15.6g，塑料球的體積V=20cm³，計算出塑料球的密度ρ=0.78×10³kg/m³．
（5）實驗中若不用天平，也不增加實驗器材，只在B、C、D三個步驟中增加一個步驟也可以測出塑料球的密度．請你寫出這個操作步驟將塑料球放入圖b所示的量筒內(nèi)使其漂浮在水面上，讀出量筒示數(shù)V₄．根據(jù)你補(bǔ)充的步驟，寫出計算塑料球密度的表達(dá)式ρ_球=$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．（用字母表示相關(guān)的物理量，水的密度用ρ_水）

Answer 1

分析 （1）測量固體的密度（固體不溶于水）：首先測量固體的質(zhì)量，然后在量筒中倒入適量的水測量水的體積，把固體浸沒在水中，測量水和固體的體積，進(jìn)而求出固體的體積，再根據(jù)密度公式計算；
（2）天平使用前的調(diào)節(jié)：①放：把天平放到水平桌面上；②移；把游碼移到標(biāo)尺左端零刻線處；③調(diào)：調(diào)節(jié)平衡螺母，使指針指在分度盤的中線處；
（3）天平指針偏向分度盤的右側(cè)，說明右盤砝碼質(zhì)量過大，應(yīng)取出右盤質(zhì)量最小的砝碼，然后移動天平橫梁標(biāo)尺上的游碼，使天平平衡；
（4）塑料球的質(zhì)量等于天平砝碼和游碼的質(zhì)量之和，根據(jù)分度值讀出圖B和圖D中量筒的示數(shù)，兩者差值即為塑料球的體積，根據(jù)密度公式求出塑料球的密度．
（5）實驗中如果沒有天平，利用浮力的方法求出塑料球的質(zhì)量，
讓塑料球漂浮在裝有適量水的量筒中，塑料球的重力=浮力=塑料球排開水的重力，再求出塑料球的質(zhì)量．

解答 解：（1）如果先測量塑料球的體積，再測塑料球的質(zhì)量時，塑料球上面會沾有水，使塑料球的質(zhì)量偏大，影響測量結(jié)果，經(jīng)分析得，正確的順序為：
A．用天平測量塑料球的質(zhì)量，天平平衡時右盤中的砝碼和標(biāo)尺上的游碼位置如圖A所示，記錄塑料球質(zhì)量為m；
C．把適量的水倒進(jìn)量筒中如圖C所示，記錄此時量筒的示數(shù)為V₂；
D．把小鐵塊單獨放入水中靜止時如圖D所示，記錄此時量筒示數(shù)的為V₃；
B．用細(xì)線在塑料球下吊一個小鐵塊放入水中，靜止時如圖B所示，記錄此時量筒的示數(shù)為V₁；
E．利用密度公式計算出結(jié)果．
（2）用天平測量物體的質(zhì)量時，首先把天平放在水平臺上，把游碼放在標(biāo)尺左端的零刻線處；
然后調(diào)節(jié)平衡螺母，使使指針對準(zhǔn)分度盤的中線；
圖E中，指針偏向分度盤的右側(cè)，應(yīng)將平衡螺母向左移動；
（3）指針偏向分度盤的右側(cè)，說明右側(cè)質(zhì)量大，應(yīng)取出最小的砝碼，然后向右移動游碼，直至天平橫梁平衡；
（4）由圖A可知，塑料球的質(zhì)量：
m=10g+5g+0.6g=15.6g，
量程的分度值為5mL，由圖B和圖D可知，塑料球的體積：
V=V_B-V_D=70mL-50mL=20mL=20cm³，
則塑料球的密度：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{15.6g}{20c{m}^{3}}$=0.78g/cm³=0.78×10³kg/m³；
（5）若不用天平，利用浮力的方法求出塑料球的質(zhì)量，讓塑料球漂浮在圖b的量筒中，記下水面到達(dá)的刻度V₄，塑料球的重力=浮力=塑料球排開水的重力，
所以，塑料球的質(zhì)量=塑料球排開水的質(zhì)量，
所以塑料球的質(zhì)量：m=（V₄-V₁）ρ_水，
塑料球的體積：V=V₂-V₃，
根據(jù)密度公式得，ρ=$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．
故答案為：
（1）ACDBE；
（2）零刻線；左；
（3）取出最小砝碼，然后向右移動游碼，直至天平橫梁平衡；
（4）15.6；20；0.78×10³；
（5）將塑料球放入圖b所示的量筒內(nèi)使其漂浮在水面上，讀出量筒示數(shù)V₄；$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．

點評 本題考查了量筒與天平的使用及讀數(shù)，求小木球的密度等問題；量筒是初中物理中的常用測量儀器，注意其量程和分度值，讀數(shù)時，視線要與凹液面保持相平；使用天平需要注意：平衡螺母只是調(diào)節(jié)平衡，在測量過程中不能移動位置；游碼位置的改變相當(dāng)于在右盤中增減砝碼，調(diào)平過程中需要固定在零刻度線處．